Nieuwe 3D-scanner kan objecten autonoom in real-time scannen

Additieve productie maakt het mogelijk componenten in veel kleinere oplages of zelfs een oplage van één te produceren. Dergelijke componenten worden aan de hand van een 3D-model met behulp van een 3D-printer geproduceerd. Een dergelijk model kan worden gecreëerd met behulp van 3D-scanners, die al langer beschikbaar zijn. Het maken van een 3D-scan kost met een traditionele 3D-printer echter relatief veel tijd en vereist daarnaast de nodige configuratie of gegevens over het te scannen object. Een nieuwe 3D-scanner van Duitse Fraunhofer Institute for Computer Graphics Research (IGD) brengt hier verandering in. Deze nieuwe scanner kan in real-time, autonoom en zonder gegevens over het te scannen object een 3D-scan maken van ieder willekeurig object.

Het Fraunhofer Institute wijst erop dat onderdelen voor met name oudere producten vaak niet meer worden geproduceerd. Als voorbeeld noemt het instituut een klassieke auto, die voor veel gebruikers aantrekkelijk is doordat het voertuig niet langer in productie is en hierdoor nog maar weinig op de openbare weg te zien is. Dit kenmerk levert echter ook uitdagingen op. Indien bijvoorbeeld de armsteun van een klassieke auto kapot gaat, kan het een grote uitdaging zijn een vervangend exemplaar op de kop te tikken. 

Onderdelen op maat produceren

Dankzij de industrie 4.0 en de opkomst van additieve productie wordt het echter steeds eenvoudiger en goedkoper objecten op maat of in zeer kleine oplages te produceren. Voor dit doeleinde hebben onderzoekers van het Fraunhofer IGD een nieuw type 3D-scanner ontwikkeld. “Speciaal aan ons systeem is dat het componenten autonoom en in real-time scant”, legt Pedro Santos, hoofd van de Fraunhofer IGD, uit. Dit maakt het mogelijk in korte tijd een 3D-model van een onderdeel te produceren, waarna dit component met behulp van een 3D-printer kan worden geproduceerd. 

Dit betekent in de praktijk dat indien de eigenaar van een klassieke auto een nieuwe armsteun nodig heeft, het kapotte exemplaar tegen een betaalbare prijs kan worden gereproduceerd. Hierbij wordt het kapotte onderdeel gelijmd om deze te reconstrueren, waarna met behulp van de 3D-scanner een 3D-model van het object wordt gemaakt. Dit model wordt vervolgens met behulp van een 3D-printer geproduceerd, waarna het bijvoorbeeld bekleed kan worden met leer of direct in het voertuig kan worden gemonteerd.

Zowel draaitafel als scanapparatuur roteert

3D-scanners zijn zoals gezegd niet nieuw. Veel 3D-scanners bestaan uit een scanapparaat en een draaitafel. Deze tafel roteert het object zodat de scanapparatuur het object vanuit alle hoeken in beeld kan brengen. Opvallend aan de 3D-scanner van het Fraunhofer IGD is dat niet alleen de draaitafel draait, maar ook de scanapparatuur. Hiervoor is de scanapparatuur aan een robotarm bevestigd, die de apparatuur om het object roteert. Doordat zowel de draaitafel als de robotarm draaien, wordt het aantal rotaties dat de scanner moet maken om het object volledig in kaart te brengen beperkt. Deze aanpak dringt de tijd die nodig is om het object te scannen terug ten opzichte van traditionele 3D-scanners. Het Fraunhofer IGD stelt dat – afhankelijk van de complexiteit en afmetingen – een object in enkele seconden tot enkele minuten kan worden gescand. 

De beelden die de 3D-scanner maakt worden met behulp van intelligente algoritmes gecombineerd tot een 3D-model. Dit model wordt met behulp van speciale software gecontroleerd om zeker te stellen of het gecreëerde model van voldoende kwaliteit is om het object in 3D te printen te maken. Indien dit het geval is, kan het component worden geproduceerd met een 3D-printer. 

‘Intelligente software maakt scanner speciaal’

Santos benadrukt dat niet zo zeer de scanner van het Fraunhofer IGD, maar de intelligente software waarvan deze scanner gebruik maakt bijzonder is. Deze software berekent gedurende een initiële scan exact welke scans nodig zijn om het object zo snel mogelijk volledig in beeld te brengen. Om dit te bepalen heeft de software vooraf geen enkele informatie nodig over het object dat wordt gescand. Dit in tegenstelling tot traditionele 3D-scanners, die hiervoor handmatig geleerd moet worden hoe het object in kaart gebracht kan worden of een CAD-model nodig hebben om de positie van het object ten opzichte van de scanner te bepalen. Traditioneel zijn 3D-scanner door deze vereisten minder geschikt voor het scannen van individuele objecten en vooral voor het scannen van bijvoorbeeld grote hoeveelheden identieke autostoelen voor onder meer kwaliteitscontroles. 

Het hoofd van de Fraunhofer IGD stelt dan ook dat deze intelligentie software een unique selling point is van de nieuwe 3D-scanner van het instituut. Santos ziet door deze slimme software mogelijkheden de 3D-scanner in te zetten om de interactie tussen menselijke werknemers en machines te verbeteren, iets wat de focus is van het door de Europese Unie gefinancierde project Autoware. Dit project richt zich specifiek op de interactie tussen mens en machine tijdens op de assemblage van cilinders voor motoren. Cilinders worden tot nu toe vaak handmatig geassembleerd, waarbij de uiteindelijke kwaliteitscontrole wordt uitgevoerd aan de hand van een checklist en handmatige metingen. “Ons 3D-scansysteem stelt robots – via vergelijkingen met de database – in staat te herkennen welk component het voor zich heeft en te bepalen welk volgend onderdeel zijn menselijke collega nodig heeft voor de assemblage van de cilinder”, legt Santos uit. De machine kan ook de uiteindelijke kwaliteitscontrole uitvoeren door de cilinder te scannen en alle afmetingen te controleren. 

Het Fraunhofer IGD presenteert de scanner op de Hannover Messe, dat van 23 tot en met 27 april wordt georganiseerd in het Duitse Hannover. Bezoekers van de beurs kunnen verschillende objecten op de scanner plaatsen en op een monitor het scanproces live bekijken. Ook is het mogelijk eigen objecten te laten scannen met behulp van de 3D-scanner. 

Auteur: Wouter Hoeffnagel
Bron: Fraunhofer Institute for Computer Graphics Research (foto)